煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的y型雙fbg光纖振動傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器包括振動導(dǎo)桿(2)、散熱結(jié)構(gòu)(3)、Y型振動件(4)、密封殼(5)、配重體(6)和光纖光柵，以及支撐整個傳感器的連接基座(1)，其中：振動導(dǎo)桿左端的接觸探頭(10)與焦炭塔塔壁緊密接觸，散熱結(jié)構(gòu)固定在振動導(dǎo)桿上，密封殼通過螺口裝配在振動導(dǎo)桿右端的固定件(11)上，配重體和Y型振動件位于密封殼中，第一光纖光柵經(jīng)過Y型振動件的一端引出后固定在密封殼上，第二光纖光柵從Y型振動件的另一端引出和預(yù)拉伸后固定在密封殼上。本發(fā)明具有響應(yīng)頻率高，測量范圍較大，本質(zhì)安全等優(yōu)點，其能夠拾取水力除焦過程中高壓水打擊塔壁所產(chǎn)生的高頻振動信號，以此獲得水力除焦進(jìn)程。
【專利說明】煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種石化行業(yè)煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]煉焦塔是煉油工業(yè)中延遲焦化裝置的重要設(shè)備之一，其主要用在石化煉油企業(yè)生產(chǎn)的最后一個環(huán)節(jié)，水力除焦的原理是利用由從水力切焦器噴嘴出來的高壓水射流的強(qiáng)大沖擊力將焦炭切割下來，水力切焦器噴嘴在塔內(nèi)升降和轉(zhuǎn)動，使塔內(nèi)的焦碳脫落，直到把煉焦塔內(nèi)的焦炭全部除凈為止。目前，國內(nèi)在石化行業(yè)的生產(chǎn)過程中，幾乎都靠操作人員通過觀察塔底部溜槽中的焦炭水混濁程度和聆聽切焦過程的聲音，依據(jù)工作經(jīng)驗來判斷煉焦塔內(nèi)的焦炭是否除凈。工人無法準(zhǔn)確定位焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的位置，使得重復(fù)切焦操作頻率高，工作效率相對較低，并且溜槽與觀測窗的距離較遠(yuǎn)，受天氣條件與晝夜視線的影響較大，比如在大雨或大霧的天氣，操作人員就無法準(zhǔn)確觀察下面溜槽的情況，這就對切焦工作造成了較大的麻煩，影響到切焦的效率和安全性，造成巨大的電能損失，增大工人勞動強(qiáng)度。
[0003]在水力除焦進(jìn)程在線監(jiān)測方面，目前國外有采用石英音叉測量煉焦塔內(nèi)高壓水擊打塔壁所產(chǎn)生聲音來判斷水力除焦進(jìn)程的報道，該系統(tǒng)可監(jiān)測除焦的干凈程度，不能監(jiān)測水力除焦過程中焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的位置。近年來，國內(nèi)外一些單位開始研究在線監(jiān)測水力除焦進(jìn)程的傳感測量方法，華東理工大學(xué)的王濤等人使用石英晶體傳感器對水力除焦過程中的振動信號進(jìn)行了相關(guān)的檢測。類似的如洛陽澗光石化設(shè)備有限公司也采用壓電振動傳感器監(jiān)測塔壁上焦炭清除狀態(tài)。由于他們的監(jiān)測方法主要采用壓電晶體傳感器測量塔壁振動信號，所用傳感器主要為電類傳感器，受電磁干擾與溫度的影響，測量精度不高，而且傳感器布點受限(一般在8點以下)，從實驗效果上只能夠監(jiān)測從切焦器噴嘴出來的高壓水是打到焦層上還是打在已除凈焦炭的煉焦塔內(nèi)壁，不能夠真正監(jiān)測到水力除焦過程中焦層厚度的變化和切焦器噴嘴的較準(zhǔn)確位置。在技術(shù)手段方面，由于電類傳感器放置于集成了多類電器設(shè)備的煉焦塔上，電磁干擾不可避免，加之煉焦塔的較高的溫度，不可避免的會大大降低其測量精度；另外，電類傳感器要采取防爆和降低溫度影響的封裝措施，造成體積大與成本高，加之電類傳感器的復(fù)用特性等限制了其在塔壁上的布點數(shù)，不能真正反映焦層厚度變化規(guī)律與切焦器噴嘴的較準(zhǔn)確位置。
[0004]自1989年Morey首次將光纖布拉格光柵(FBG)用作傳感兀件以來，光纖傳感技術(shù)受到了廣泛重視，得到了迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)傳感器相比FBG傳感器有本質(zhì)防爆、抗電磁干擾和信號可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)戎T多優(yōu)點。但是，至今還未見將光纖光柵振動傳感器運(yùn)用于水力除焦進(jìn)程的監(jiān)測，主要歸結(jié)于現(xiàn)有光纖振動傳感器的響應(yīng)頻率較低這一局限性。
[0005]為了提高光纖光柵振動傳感器的響應(yīng)頻率和工作穩(wěn)定性，張東生等提出了一種豎直推挽式結(jié)構(gòu)傳感器；徐剛等也設(shè)計了一種新型的高頻傳感器。但是，這兩種傳感器響應(yīng)頻率依然偏低(3000Hz以下，有效響應(yīng)頻率2000Hz以下)，不能滿足水力除焦進(jìn)程監(jiān)測對傳感器響應(yīng)頻率的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，該傳感器通過對塔壁高頻法向振動信號的采集解決煉焦塔水力除焦的監(jiān)測系統(tǒng)中焦層厚度難以判別的問題，同時光纖傳感器可以不受溫度、電磁干擾等影響，使用起來更加安全與方便。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，包括振動導(dǎo)桿、散熱結(jié)構(gòu)、Y型振動件、密封殼、配重體和光纖光柵，以及支撐整個傳感器的連接基座，其中:振動導(dǎo)桿左端的接觸探頭與焦炭塔塔壁緊密接觸，散熱結(jié)構(gòu)固定在振動導(dǎo)桿上，密封殼通過螺口裝配在振動導(dǎo)桿右端的固定件上，密封殼裝有配重體和Y型振動件，第一光纖光柵經(jīng)過Y型振動件的一端引出后固定在密封殼上，第二光纖光柵從Y型振動件的另一端弓丨出和預(yù)拉伸后固定在密封殼上。
[0009]所述Y型振動件由支桿和與該支桿上端固定相連的呈叉形布置的兩個臂組成，該支桿的下端固定在密封殼的底部上。
[0010]所述Y型振動件位于振動導(dǎo)桿上的散熱結(jié)構(gòu)所在位置后方150mm±5mm處,其能夠消除塔壁傳導(dǎo)出的復(fù)雜運(yùn)動，只保留其法向振動。
[0011]所述振動導(dǎo)桿由接觸探頭和不銹鋼圓管組成，其中:接觸探頭帶有弧形，該弧形按照塔壁弧度加工而成；接觸探頭的弧形中部通過激光焊接與不銹鋼圓管相連接。
[0012]所述散熱結(jié)構(gòu)由若干片的圓環(huán)形金屬片組成，這些圓環(huán)形金屬片通過螺紋固定在振動導(dǎo)桿上。
[0013]所述散熱結(jié)構(gòu)將焦炭塔傳遞出的溫度降低，使所述光纖FBG振動傳感器的工作溫度不超過100°c。
[0014]本發(fā)明煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其響應(yīng)頻率與配重體的質(zhì)量m成反比，與配重體的振動位矢成正比。
[0015]本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)配重體的質(zhì)量和振動位矢，使本發(fā)明光纖FBG振動傳感器的響應(yīng)頻率提高到3000?5000Hz。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的技術(shù)優(yōu)勢:
[0017]1.Y型振動件響應(yīng)頻率高，測量范圍較大，并消除溫度對實驗結(jié)果的影響；通過Y型振動件的設(shè)計消除其他方向的振動干擾，只保留法向振動，因此能夠精準(zhǔn)確定焦層厚度的變化；
[0018]2.通過調(diào)節(jié)Y型雙FBG光纖傳感器中配重體的質(zhì)量和Y型振動件的振動位矢，能獲得高靈敏度和高響應(yīng)頻率；
[0019]3.振動導(dǎo)桿與煉焦塔壁密實接觸，便于振動的精準(zhǔn)傳播；
[0020]4.散熱結(jié)構(gòu)消除了煉焦塔壁溫度對傳感器的影響；
[0021]5.通過測量光纖光柵光學(xué)信號改變量可獲得水力除焦的狀態(tài)，操作更加方便；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為煉焦塔水力除焦?fàn)顩r監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器的整體結(jié)構(gòu)。
[0023]圖中:1.連接基座；2.振動導(dǎo)桿；3.散熱結(jié)構(gòu)；4.Y型振動件；5.密封殼；6.配重體-J.光纖光柵；8.光纖光柵；9.尾纖；10.接觸探頭；11.固定件。

【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)原理做進(jìn)一步描述。
[0025]本發(fā)明提供的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器(以下簡稱傳感器)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括連接基座1、振動導(dǎo)桿2、散熱結(jié)構(gòu)3、Y型振動件4、密封殼5、配重體6、光纖光柵7、光纖光柵8、尾纖9、接觸探頭10、固定件11組成,其中:連接基座I用于整個傳感器的安裝固定，該連接基座I將振動導(dǎo)桿2左端的接觸探頭10與焦炭塔塔壁緊密接觸。散熱結(jié)構(gòu)3固定在振動導(dǎo)桿2上。密封殼5通過螺口裝配在振動導(dǎo)桿2右端的固定件11上。帶有配重體6的Y型振動件4固定在傳感器的密封殼5上,光纖光柵8經(jīng)過Y型振動件4的一端固定在密封殼5上。光纖光柵7從Y型振動件4的另一端引出，在密封殼5上固定光纖光柵7，并做一定程度的預(yù)拉伸，然后依次將各元件進(jìn)行封裝，制備工作完成。
[0026]所述連接基座I是一種由依次相連的底盤、支架、環(huán)形固定件組成，其中:底盤與地面相連接，環(huán)形固定件穿入振動導(dǎo)桿2上且通過振動導(dǎo)桿的側(cè)翼固定相連，支架兩端通過焊接分別與底盤和環(huán)形固件相連。
[0027]所述振動導(dǎo)桿2是一種由接觸探頭10和不銹鋼圓管組成，其中:接觸探頭10的一端(左面)帶有弧形，該弧形按照塔壁弧度加工而成；接觸探頭10的另一端通過激光焊接與不銹鋼圓管相連接，以減小振動在傳導(dǎo)中的失真，提高測量的精度。振動導(dǎo)桿2的桿體穿過連接基座I的環(huán)形固定件，該桿體的右端尾端的固定件11與密封殼5通過螺口相連。
[0028]所述散熱結(jié)構(gòu)3通過螺紋與振動導(dǎo)桿2的桿體固定相連。該散熱結(jié)構(gòu)3是由若干片的圓環(huán)形金屬片組成，這些圓環(huán)形金屬片通過螺紋固定在振動導(dǎo)桿上。
[0029]所述密封殼5內(nèi)設(shè)有配重體6和Y型振動件4。
[0030]所述Y型振動件4由支桿和與該支桿上端固定相連的呈叉形布置的兩個臂組成，該支桿的下端固定在密封殼5的底部上。
[0031]所述配重體6為Y型振動件4的一部分，Y型振動件4的兩個臂增加光纖光柵受迫振動時的臂長，增強(qiáng)了傳感器靈敏度，但隨之響應(yīng)頻率降低，通過配重體降低Y型振動件4的重心以增強(qiáng)其響應(yīng)頻率，從而達(dá)到傳感器響應(yīng)頻率聞、靈敏度聞的聞技術(shù)指標(biāo)。
[0032]所述光纖光柵包括光纖光柵7和光纖光柵8，其中:光纖光柵7從Y型振動件4的一個臂的端頭引出后，其下端固定在密封殼5上，并做一定程度的預(yù)拉伸。光纖光柵8經(jīng)過Y型振動件4的另一個臂的端頭引出后，其下部固定在密封殼5上，其尾纖9穿出密封殼5的底部。該尾纖9通過通過外界接線盒與解調(diào)系統(tǒng)相連。
[0033]本發(fā)明根據(jù)彈性力學(xué)及光纖傳感理論，設(shè)計了一種如圖1所示的Y型雙FBG光纖振動傳感器，對該傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的靈巧設(shè)計以及結(jié)構(gòu)材料和光柵長度的選擇，根據(jù)振動模型推導(dǎo)出光纖光柵振動傳感器的振動頻率、振幅與光纖兩點固定的長度、配重體的質(zhì)量、Y型靈敏度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的角度和尺寸以及光纖的張力等關(guān)系，實現(xiàn)高頻振動和高靈敏度的雙優(yōu)選擇，由于傳感器的本身性質(zhì)與振子的質(zhì)量和彈性結(jié)構(gòu)的彈性模量密切相關(guān)。隨著配重體6的振動，光纖光柵7和光纖光柵8的波長隨之漂移,反射光強(qiáng)度隨著光柵反射波長差的變化而變化，在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，并與物體振動變化規(guī)律一致。配重體6固定以后，能夠消除振動導(dǎo)桿豎直方向的振動，保留由高速水射流擊打塔壁所產(chǎn)生的法向的高頻振動。隨著配重體6水平方向上的擺動，光纖光柵波長漂移，反射光強(qiáng)度隨著波長漂移的變化而變化，在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，并與爐壁的振動規(guī)律一致。
[0034]本發(fā)明工作的原理是:前面帶有弧形接觸探頭的振動導(dǎo)桿2與煉焦塔壁密實接觸，在高壓水射流沖擊下，煉焦塔壁產(chǎn)生局部振動，煉焦塔的振動信號將通過振動導(dǎo)桿作用于光纖光柵，從而改變光纖光柵高頻振動傳感器反射回來的光學(xué)信號，通過測量該信號的改變量判斷水力除焦的狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于包括振動導(dǎo)桿⑵、散熱結(jié)構(gòu)⑶、Y型振動件⑷、密封殼(5)、配重體(6)和光纖光柵，以及支撐整個傳感器的連接基座(1)，其中:振動導(dǎo)桿(2)左端的接觸探頭(10)與焦炭塔塔壁緊密接觸，散熱結(jié)構(gòu)(3)固定在振動導(dǎo)桿(2)上，密封殼(5)通過螺口裝配在振動導(dǎo)桿(2)右端的固定件(11)上，密封殼(5)裝有配重體(6)和Y型振動件(4)，第一光纖光柵⑶經(jīng)過Y型振動件(4)的一端引出后固定在密封殼(5)上，第二光纖光柵(7)從Y型振動件(4)的另一端引出和預(yù)拉伸后固定在密封殼(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于所述Y型振動件(4)由支桿和與該支桿上端固定相連的呈叉形布置的兩個臂組成，該支桿的下端固定在密封殼(5)的底部上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于所述Y型振動件(4)與嵌在振動導(dǎo)桿(2)上的散熱結(jié)構(gòu)(3)所在位置后方150mm 土 5mm處,其能夠消除塔壁傳導(dǎo)出的復(fù)雜運(yùn)動，只保留其法向振動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于所述振動導(dǎo)桿(2)由接觸探頭(10)和不銹鋼圓管組成，其中:接觸探頭(10)帶有弧形，該弧形按照塔壁弧度加工而成；接觸探頭(10)的弧形中部通過激光焊接與不銹鋼圓管相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于所述散熱結(jié)構(gòu)(3)由若干片的圓環(huán)形金屬片組成，這些圓環(huán)形金屬片通過螺紋固定在振動導(dǎo)桿上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于所述散熱結(jié)構(gòu)(3)將焦炭塔傳遞出的溫度降低，使所述光纖FBG振動傳感器的工作溫度不超過10°c。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于:該光纖FBG振動傳感器的響應(yīng)頻率與配重體(6)的質(zhì)量m成反比，與配重體的振動位矢成正比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煉焦塔水力除焦在線監(jiān)測的Y型雙FBG光纖振動傳感器，其特征在于:通過調(diào)節(jié)配重體(6)的質(zhì)量和振動位矢，使所述光纖FBG振動傳感器的響應(yīng)頻率提高到3000?5000Hz。
【文檔編號】G01B11/06GK104236471SQ201410527733
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】童杏林, 楊帆, 武文斌, 肖翔, 王坤, 蔡婷, 趙敏利 申請人:中國石油化工股份有限公司, 武漢理工大學(xué)